基于μC/OS-II的工業觸摸屏系統設計

寶雞技師學院 曹艷利

工業觸摸屏是把觸摸板、LCD液晶顯示器、控制器以及其他外圍電路整合在一起的具有某種特定功能的微型計算機系統，是智能化的操作顯示終端。本文，筆者介紹了一種基于μC/OS-II 的工業觸摸屏系統，該系統圖形組態軟件在計算機的Windows 平臺下，采用Visual C++語言構建，在ARM 的嵌入式μ C/OS-II 平臺上開發應用程序。計算機上的組態軟件和觸摸屏之間通過USB 口進行通信。觸摸屏系統作為上位機，可以與不同的控制設備（如PLC、儀表、變頻器等）構成復雜的過程控制系統，實現不同的控制任務。

一、系統組成

工業觸摸屏系統包括觸摸屏系統本體和計算機中的嵌入式組態軟件兩部分。觸摸屏系統本體作為工業控制系統中的上位機使用時，一是接受下位機的狀態及存儲器信息，并以數據、曲線、圖形、動畫的方式顯示，二是通過觸摸方式控制下位機中的狀態位及存儲器數據，下位機可以是PLC、儀表、變頻器等具有同樣接口及協議的控制設備，完成工業控制系統的數據采集和控制功能，并通過串口，如RS232、RS485、RS422等，與觸摸屏系統進行通信。工業觸摸屏系統組成如圖1所示。

圖1 工業觸摸屏系統組成

組態人員，亦即編程人員，利用計算機中安裝的嵌入式觸摸屏組態軟件，設計開發出系統監控組態界面后，創建工程文件，經加密后生成加密的Bin文件，通過USB口將生成的監控組態界面下載到觸摸屏系統的存儲器中。觸摸屏系統上電運行時，將解密Bin文件，解析工程文件，顯示監控畫面，自動進行監視，并可以由用戶在觸摸屏上進行控制操作。觸摸屏系統存儲器內的Bin文件也可以通過USB口上傳至計算機。

二、觸摸屏系統本體設計

觸摸屏本體包括硬件電路和嵌入式操作系統及應用軟件。觸摸屏本體的硬件電路是整個嵌入式操作系統和應用程序運行的硬件平臺。硬件電路部分分為微處理器和外圍電路。設計所采用的微處理器為ARM9系列的S3C2440A芯片，微處理器是嵌入式系統的核心部件，負責控制整個嵌入式系統的運行。外圍電路包括嵌入式系統的RAM、Flash、I/O端口、復位和電源等，與微處理器一起構成一個完整的嵌入式目標系統。

設計選用μC/OS-II操作系統作為觸摸屏應用軟件的開發平臺，完成嵌入式應用的任務調度和控制核心功能。μC/OS-II 是一種結構小巧、免費公開源代碼、具有可剝奪實時內核的實時操作系統，具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和可擴展性強等特點。μC/OS-II 已經移植到了很多知名的CPU 上，包括S3C2440A，它的基于優先級調度的搶占式的實時內核較精簡、可配置，與高層應用關聯緊密。

本系統的嵌入式應用程序開發環境為ARM Developer Suite v1.2，用C語言編寫。ARM平臺利用μC/OS-II提供最基本的系統服務，如信號量、郵箱、消息隊列、內存管理、中斷管理等，完成特定功能的嵌入式應用。嵌入式應用程序包括圖形繪制模塊、數據傳輸模塊、顯示驅動模塊、設備驅動模塊、動態保存模塊等。圖形繪制模塊負責解析接收到的圖形編輯信息，并在顯示設備上重新繪制出來；數據傳輸模塊負責接收和發送數據；顯示驅動模塊負責具體顯示設備的驅動程序編寫，向繪圖模塊提供底層接口；設備驅動模塊負責與PLC等設備通訊；動態保存模塊負責將需要保存的數據寫入Flash芯片中。

三、嵌入式組態軟件結構設計

設計開發軟件為VC++，采用面向對象的開發語言。嵌入式組態軟件主要包括圖形編輯模塊、數據下載模塊和數據上載模塊。圖形編輯模塊負責編輯將要顯示的圖形信息，一般為靜態圖形信息；數據下載模塊負責將編輯的圖形信息下載到觸摸屏中，數據上載模塊負責將觸摸屏存儲器中的Bin文件通過USB口上傳至計算機中。嵌入式組態軟件與應用程序的結構與關系如圖2所示。

圖2 嵌入式組態軟件與應用程序的結構與關系

四、結論

設工業觸摸屏系統是在μC/OS-II 實時操作系統和ARM 平臺上開發應用程序，在VC++平臺下編寫組態軟件。程序均采用模塊化的設計思想，使系統具有更好的可維護性和可移植性。系統具有良好的人機交互界面，支持多種監控設備，支持雙串口多協議運行控制，具有較強的計算功能。